TCP와 UDP

10 Jun 2017

TCP(Transmission Control Protocol)

연결형 서비스를 지원하는 전송(Transport)계층 프로토콜
인터넷 환경에서 기본으로 사용
호스트간 신뢰성 있는 데이터 전달과 흐름제어 및 혼잡제어 등을 제공하는 전송계층

특징

가상 회선 연결 방식
높은 신뢰성(Sequence Number, Ack Number를 통한 신뢰성 보장)
- 실패시 데이터를 재전송함.
연결의 설정(3-way handshaking)과 해제(4-way handshaking)
데이터 흐름 제어(수신자 버퍼 오버플로우 방지) 및 혼잡 제어(네트워크 패킷 수가 과도하게 증가하는 현상 방지)
전이중(Full-Duplex), 점대점(Point to Point) 서비스
- 전이중: 두 통신 프로세스 간에 양방향으로 데이터가 동시에 전송될 수 있는 통신 방식

TCP Client/Server model

tcp_server_clinet

3-way handshaking

TCP/IP 프로토콜을 이용해서 통신을 하는 응용프로그램이 데이터를 전송하기 전에 먼저 정확한 전송을 보장하기 위해 상대방 컴퓨터와 사전에 세션을 수립하는 과정

tcp_three_handshaking

step 01
- A Client는 B Server에 접속을 요청하는 SYN 패킷(Synchronize sequence numbers)를 보낸다. 이때 A Client는 SYN을 보내고 SYN/ACK 응답을 기다리는 SYN SENT 상태가 된다.
step 02
- B Server는 SYN 요청을 받고 A Client에게 요청을 수락한다는 ACK와 SYN flag가 설정된 패킷을 발송하고 A가 다시 ACK로 응답하기를 기다린다. 이때 B Server는 SYN_RECEIVED 상태가 된다.
step 03
- A Client는 B Server에게 ACK를 보내고 이후로부터는 연결이 이루어지고 데이터가 오가게 된다. 이때 B Server의 사태가 ESTABL

4-way handshaking

세션을 종료하기 위해 수행되는 절차

tcp_four_handshaking

step 01
- Client가 연결을 종료하겠다는 FIN플래그를 전송
step 02
- Server는 일단 확인메시지를 보내고 자신의 통신이 끝날때까지 기다리는데 이 상태가 TIME_WAIT상태다.
step 03
- Server가 통신이 끝났으면 연결이 종료되었다고 클라이언트에게 FIN플래그를 전송한다.
step 04
- Client는 확인했다는 메시지를 보낸다.

Sample TCP Server

import socket
import sys

# 1. Create a TCP/IP socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 2. Bind(Associate the socket with the server address) port number: 10000
server_address = ('localhost', 10000)
sock.bind(server_address)

# 3. Listen for incoming connections
# listen() puts the socket into server mode
sock.listen(1)

# 4. accept() waits for an incoming connection
while True:
    # Wait for a connection
    print("Waiting for a connection")
    connection, client_address = sock.accept()

    """
    accept() returns an open connection b/t server and client along with the address of the client.
    """
    try:
        print('connection from ', client_address)
        
        # 5. Receive the data in small chunks and retransmit it
        while True:
            data = connection.recv(16)
            print("received '%s'" % data.decode())
            if data:
                print("sending data back to the client")
                connection.sendall(data)
            else:
                print("no more data from ", client_address)
                break
    finally:
        # 6. Clean up the connection
        connection.close()

Sample TCP Client

import socket
import sys

# 1. Create a TCP/IP socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)

# 2. Connect the socket to the port where the server is listening
server_address = ('localhost', 10000)
print('connecting to %s port %s' % server_address)
sock.connect(server_address)

try:
    # 3. Send data
    message = 'This is the message. It will be repeated'
    print('sending %s' % message)
    sock.sendall(message.encode())

    # 4. Look for the response
    amount_received = 0
    amount_expected = len(message)

    while amount_received < amount_expected:
        data = sock.recv(16)
        amount_received += len(data)
        print('received "%s"' % data.decode())
finally:
    # 5. closesocket
    print('closing socket')
    sock.close()

UDP(User Datagram Protocol)

비연결형 서비스를 지원하는 전송계층 프로토콜
사용자 데이터그램형 프로토콜
인터넷상에서 서로 정보를 주고받을 때 정보를 보낸다는 신호나 받는다는 신호 절차를 거치지 않고, 보내는 쪽에서 일방적으로 데이터를 전달하는 통신 프로토콜 보내는 쪽에서는 받는 쪽이 데이터를 받았는지 받지 않았는지 확인할 수 없고, 또 확인할 필요도 없도록 만들어진 프로토콜

특징

비연결형(port만 확인하여 소켓 식별 및 송수신)
패킷 오버헤드가 적어 네트워크 부하 감소
비신뢰성
오류검출(헤더에 오류 검출 필드를 포함하여 무결성 검사)
TCP의 handshaking같은 연결 설정이 없다
DNS, NFS, SNMP, RIP 등 사용

Sample UDP Server

import socket
import sys

# 1. Create a TCP/IP socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

# 2. Bind(Associate the socket with the server address) port number: 10000
server_address = ('localhost', 10000)
sock.bind(server_address)

# 3. recvfrom()/sendto()
while True:
    print("Waiting to receive message")
    data, address = sock.recvfrom(4096)

    print('received %s bytes from %s' % (len(data), address))
    print(data.decode())

    if data:
        sent = sock.sendto(data, address)
        print('send %s bytes back to %s' % (sent, address))

Sample UDP Client

import socket
import sys

# 1. Create a TCP/IP socket
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)

server_address = ('localhost', 10000)
message = 'This is the message. It will be repeated'

try:
    # 2. Send data
    print('sending %s' % message)
    sent = sock.sendto(message.encode(), server_address)

    # 3. Receive response
    print('waiting to receive') 
    data, server = sock.recvfrom(4096)
    print('received "%s"' % data.decode())  

finally:
    # 4. closesocket
    print('closing socket')
    sock.close()

TCP vs UDP

tcp_udp_difference

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